牙周炎是全球第六大常见疾病,由口腔微生物群失衡和免疫系统异常所引发。虽然抗生素和龈下刮治在牙周感染的治疗中具有一定效果,但由于牙周袋深部结构的复杂性,治疗效果常常受限。此外,抗生素的使用可能引发耐药菌的产生,增加疾病复发的风险。因此,迫切需要针对牙周炎的特殊病理环境,设计出更加精准的抗菌治疗策略。
值得关注的是,牙周炎的微环境中,氧化应激和菌斑生物膜内病原体的过度生长导致活性氧(ROS)大量积累,这为靶向抗菌治疗提供了重要的战略机会。近年来,ROS响应性药物递送系统凭借其靶向递送和控制释放的优越性能,在生物医学领域受到了广泛关注。然而,现有的ROS响应性材料往往缺乏对炎症环境中低浓度生物ROS的敏感性,反应不够迅速,难以实现药物的完全释放或激活。此外,内源性ROS与ROS敏感物质的持续相互作用可能耗尽ROS水平,进而影响药物递送系统的临床可行性。
在这项创新研究中,研究团队将光催化技术与ROS响应性药物递送系统相结合,开发出一种具备自我供应和选择性放大ROS的抗菌平台。他们利用柱芳烃基共价有机框架(PCOF)作为药物载体,搭载ROS响应性抗菌前药硫缩醛(TA),构建了抗菌治疗平台PCOF-TA。PCOF-TA的抗菌机制如下:
1. PCOFs作为一种强的光敏剂,融合了柱芳烃与共价有机骨架的优势,其显著多孔结构提高了光催化活性,并增强了细菌与聚合物材料中活性氧的相互作用。在光照条件下,PCOF作为一个“开关”,能够快速生成ROS,显著提高ROS在感染部位的浓度,不仅实现了aPDT的功能,还促进了抗菌前药的激活;
2. 外源性ROS的剧增加速了抗菌前药TA的裂解,释放出具有天然抗菌作用的肉桂醛(CA),有效清除生物膜;
图1 PCOF-TA作为自供应ROS药物传递平台抵抗牙周炎的示意图。
图2 PCOF的ROS生成能力及ROS反应性的药前降解机制。
图3 PCOF-TA对牙周细菌生物膜的分散作用。
通过大量体外实验验证,PCOF-TA仅在光照与H2O2的双重作用下,显示出显著的抗菌能力,有效清除细菌生物膜(见图3)。然而,在实际应用中,尤其是在复杂的牙周炎微环境下,由于唾液的冲刷和口腔环境的独特性,难以有效维持牙周炎症部位ROS的浓度。与体外实验相比,实际应用中抗菌前药的降解率明显降低,进一步凸显了外源性ROS在治疗中的关键作用。在结扎诱导的大鼠牙周炎模型的治疗中得到了同样的治疗效果。这些现象表明,在可见光激活后,PCOF-TA可以有效缓解牙周感染。
研究亮点
1.靶向精准释放:PCOF-TA平台能够精准响应牙周炎病变部位的微环境,快速生成ROS,促进药物的靶向释放,有效清除牙周致病菌;
2.持续抗菌效应:通过ROS的自我供应和正反馈循环,持续释放药物并保持抗菌活性,减少了耐药性的产生,显著提高了治疗效果;
3.双重作用机制:PCOF不仅作为药物载体,还通过光催化生成ROS,进一步增强抗菌效果。这种协同作用不仅提高了药物的利用率,还减少了副作用。
原文链接:http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.4c03788
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